水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)研究

賀隆勇

摘 要：作為電力能源的重要組成部分，水電站的發(fā)展建設(shè)是當(dāng)今乃至未來都需要不斷研究的課題。本文從當(dāng)前水電站發(fā)展、綜合自動化保護中存在的問題進行分析，闡述水輪發(fā)電機綜合自動化保護原則及保護單元配置信息。

關(guān)鍵詞：中小型發(fā)電機；水輪發(fā)電機；綜合自動化保護系統(tǒng)

隨著全球?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境保護的日益重視，可再生資源不斷被推廣發(fā)展，水能、風(fēng)能、太陽能的利用水平也在不斷提高。我國江河眾多，可開發(fā)性水能資源極其豐富，這就給我國中小型水電站的發(fā)展提供了很大的便利條件。作為電能開發(fā)的重要部分，中小型水電站在我國分布廣泛，遍布于全國1600多縣市，可開發(fā)性容量千瓦數(shù)在1.2億萬以上，為全國總水電資源開發(fā)量的三分之一以上。

由于我國中小型水電站的開發(fā)建設(shè)已高達(dá)四十多年，受到當(dāng)時資金與技術(shù)的制約以及較長時間的磨損老化，使得中小型水電站的運行能力越發(fā)不穩(wěn)定，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也越發(fā)受到影響。因此，如何完善水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)，使其與先進的計算機技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，是提高中小型水電站的運行水平的重要問題。

1 中小型發(fā)電機存在的問題

1.1 資金緊張，工程質(zhì)量難確保

中小型水電站的建設(shè)一般是由地方政府籌資或是私人投資建設(shè)。水電站的施工是一個需要穩(wěn)定資金支撐的工程，這就對資金投入能力產(chǎn)生很大考驗，一旦資金不到位或是資金斷鏈，工程的進度和質(zhì)量便沒有了保障。所以，在做好周全準(zhǔn)備的同時，盡量采取快捷的施工辦法和簡便的運行設(shè)備，減少發(fā)電站的投資，保證工程建設(shè)的順利。

1.2 水電站經(jīng)營水平低

根據(jù)調(diào)查顯示，許多中小型水電站經(jīng)營單位為了降低運營成本，通過降低員工工資而減少資金投入，對技術(shù)人才的引進和使用極為不重視。很多中小型水電站缺少或是沒有專業(yè)技術(shù)人員去運營，而沒有技術(shù)支撐的工人面對復(fù)雜的設(shè)備運行管理都不具備專業(yè)可靠的運行、檢修能力，這就導(dǎo)致了當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時無法及時完成修復(fù)，大大降低了水電站的運營能力。

1.3 機組調(diào)控方式變化大

可調(diào)容量設(shè)計的大小決定著機組的調(diào)節(jié)能力，可調(diào)容量越大，機組調(diào)控能力越強，反之越弱。許多中小型發(fā)電站投資者為了減少資金投入，將可調(diào)容量設(shè)計的非常小，調(diào)節(jié)能力也非常有限。而在現(xiàn)實狀況中，很多氣象環(huán)境都會影響機組的運行方式，用電規(guī)律及用電負(fù)荷也會受到生產(chǎn)季節(jié)變化的影響。種種因素導(dǎo)致機組運行方式通常會有很大變化，這就對機組的自動控制系統(tǒng)提出了很大要求。

1.4 更新改造間隔周期長

受到經(jīng)營效益和改造費用的制約，中小型水電站的技術(shù)改造更新年限較長，不會拿出較高的計劃改造費用，不同于大型水電站對技術(shù)更新進行大量的資金投入[ 1 ]。

2 水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 技術(shù)先進，操作簡便

隨著現(xiàn)代水電站綜合自動化保護系統(tǒng)的更新完善，傳統(tǒng)的單一復(fù)雜的電纜直連保護模式已經(jīng)不再適應(yīng)水電站的發(fā)展需求?，F(xiàn)代水輪發(fā)電機結(jié)合計算機技術(shù)和電子技術(shù)于一體，經(jīng)過不斷的完善發(fā)展，使其變成易操作，具有自動化保護和智能化服務(wù)的電站系統(tǒng)。

2.2 較高的經(jīng)濟效益

大型水電站的水輪發(fā)電機在電網(wǎng)系統(tǒng)投資中占有很大比重，當(dāng)發(fā)生故障時，其對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響較大，維修周期長，損失較大。不同于大型水電站的設(shè)計原則，當(dāng)發(fā)生故障時，中小型水電站對電網(wǎng)系統(tǒng)影響比較小。所以，中小型水輪發(fā)電機一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計使得其維護效率和經(jīng)濟效益都有很大提高。

2.3 保護控制性能的完整性

傳統(tǒng)中小型水電站的機組自動化程度不完善，對人的經(jīng)驗具有較高的依賴性，又難以形成共享，推廣困難。所以，現(xiàn)代化水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)需要進行功能的完善，形成自動化程度高，便于推廣的智能系統(tǒng)。

3 水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)配置

3.1 水輪發(fā)電機自動化保護監(jiān)控系統(tǒng)

水輪發(fā)電機的工作過程是一個持續(xù)不間斷的運行過程，在運行過程中，機械部件間的震動與摩擦不可避免，同時還要承受電流和電壓的沖擊，容易因操作不當(dāng)引起定子繞組或是轉(zhuǎn)子繞組，從而引發(fā)不同事故。為了較少或避免事故的發(fā)生，這就需要在設(shè)計水輪發(fā)電機保護機制的過程中，對易產(chǎn)生故障的部件和環(huán)節(jié)實施嚴(yán)密的監(jiān)控及信號反饋，并可迅速將其與系統(tǒng)隔離，以確保不會對系統(tǒng)產(chǎn)生連續(xù)損壞。

3.2 水輪發(fā)電機自動調(diào)速系統(tǒng)

隨著居民用電質(zhì)量的提高，其對水電站的供電水平也提出較高要求，供電電壓及頻率都要限制在極小范圍內(nèi)波動。水輪機作為水能向電能轉(zhuǎn)換的動力載體，其自動調(diào)速系統(tǒng)決定著供電水平的高低[ 2 ]。

4 水輪發(fā)電機單元保護功能

4.1 過流機制的保護

在機組工作過程中，對于50MW以上的發(fā)電機組采用電壓復(fù)合啟動及負(fù)序過電流保護，其可靠性和高度靈敏性是機組運行過程中的主要保護機制。而小于1MW的機組，往往設(shè)置無電壓啟動式過電流保護，它可以直接產(chǎn)生斷路操作及打開滅磁開關(guān)，從而實現(xiàn)跳閘保護。

4.2 過電壓機制的保護

在機組工作過程中，當(dāng)運行出現(xiàn)大量甩負(fù)荷情況時，會出現(xiàn)機組過速運轉(zhuǎn)和電壓高負(fù)荷運行的狀況，這就需要實行過壓檢測保護。機組保護單元會自動檢測電壓狀況，根據(jù)情況自動實行跳斷路器保護[ 3 ]。

5 總結(jié)

水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)的完善程度決定著水電站運行水平的高低，我們要從當(dāng)前水電站綜合自動化保護機制中存在的問題出發(fā)，分析當(dāng)前自動化保護系統(tǒng)特點，結(jié)合先進的計算機、通訊及電子技術(shù)，將發(fā)電站綜合自動保護系統(tǒng)不斷做完善，確保發(fā)電站做到自動保護監(jiān)控到位，操作簡便，使水電站帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮偉權(quán).水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011，07：68-70.

[2] 曾令鋒.水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)相關(guān)問題探討[J].才智，2012，02：80.

[3] 潘薇.水輪發(fā)電機綜合自動化保護系統(tǒng)研究[J].電子世界，2013，15：48+50.